Zanocco, Pablo (2005) Dinámica de reactores Auto-presurizados, refrigerados por convección natural / Dynamics of self-pressurized reactors, cooled by natural circulation. Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) - Versión publicada Español 2642Kb |
Resumen en español
En esta tesis, se desarrolla un modelo para la simulación de la dinámica de reactores auto-presurizados, refrigerados por convección natural. En particular, se toma como referencia el reactor CAREM-25. Para ello, se desarrollan modelos específicos que se aplican a un código numérico (HUARPE). Luego se implementa un método de linealización numérica por pequeñas perturbaciones. Resulta entonces un código apropiado para el estudio del sistema y sus fenomenologías. El esquema numérico es adecuado para el análisis de estabilidad, combinando las facilidades del análisis lineal en el dominio de las frecuencias y la capacidad de estudio de comportamientos nolineales en el dominio de tiempo. Se estudia el efecto de los errores numéricos, fuertemente relacionados con la nodalización y paso de tiempo, evaluando su influencia en el análisis de estabilidad. Se implementa un esquema de nodalización adaptiva, con el fin de minimizar el error en la propagación de pequeñas perturbaciones a través de los volúmenes discretizados, especialmente los que se encuentran en el régimen de dos fases. Se estudian diferentes alternativas de integración temporal para mejorar la convergencia. En el dominio de las frecuencias, se estudia su impacto en la amplificación de oscilaciones. En el dominio de tiempo, se estudia su influencia en la amplitud de oscilaciones. El modelo es comparado en un amplio rango de títulos con un modelo analítico, el cual es estrictamente no-difusivo, verificándose un buen acuerdo. Luego, el análisis de estabilidad se concentra en el estudio de las oscilaciones que pueden desarrollarse en circuitos de convección natural a bajos títulos, condiciones bajo las cuales funciona el prototipo del reactor CAREM. Estas tienen su origen en la interacción entre la fuerza boyante y el caudal. El análisis en el dominio de las frecuencias permite una rápida visualización de la estabilidad lineal del sistema, mediante la confección de mapas de estabilidad. De esta forma se analiza la influencia de diferentes factores o hipótesis de modelado en la predicción de inestabilidades, incrementando la complejidad de forma gradual. En particular, se analiza el efecto del perfil de potencia, de la velocidad relativa entre fases, de los cambios de densidad en simple fase, del cambio de presión con la altura, de la dinámica de núcleo y de la auto-presurización. La evolución del sistema en condiciones inestables se analiza en el dominio de tiempo. Allí se identifican los principales factores no-lineales que son limitadores de la amplitud de oscilación: los límites de la chimenea y la existencia de varios frentes de ebullición. Se evalúa el efecto de diferentes factores en los ciclos límite y amplitud de oscilaciones, en particular aquellos relacionados con la dinámica de núcleo y la autopresurización: las oscilaciones resultan siempre menores al 1%, en condiciones nominales. La naturaleza de la auto-presurización se estudia durante un transitorio de reducción parcial de potencia removida por los generadores de vapor, utilizando el modelo desarrollado en este trabajo y el código RELAP, con dos alternativas de nodalización para el domo de vapor. Se verifica un buen acuerdo entre modelos. Mediante un estudio paramétrico, se estudia la dependencia de la evolución de presión con diversos procesos de ebullición y condensación, prestando especial atención al domo de vapor
Resumen en inglés
In this thesis, a thermohydraulic code for the analysis of self-pressurized, natural circulation reactors was developed. The CAREM-25 prototype was taken as reference. Specific models were developed and applied to a numerical code (HUARPE). A linearization method was implemented by means of numerical perturbations. This code resulted appropriate for the study of the system and its phenomenologies. The numerical scheme is suitable for stability analysis, combining linear analysis facilities in the frequency domain with the ability to study the non-linear behaviors in the time domain. The numerical errors, strongly related to nodalization and time step, were studied by evaluating their influence in the stability analysis. An adaptive nodalization scheme was implemented, minimizing the error of the propagation of small perturbations through the discretized volumes, especially those having a two-phase flow regime. Different alternatives of temporal integration were analyzed to improve convergence, studying their influence in the amplification of the oscillations in the frequency domain, and the amplitude of oscillations in the time domain. The code is compared to a simplified analytical model, by contrasting stability maps obtained from both models for a test configuration, observing good agreement. Then, the stability analysis was focused on the study of natural circulation regimes with low void fraction, which is the condition in the CAREM concept prototype. In this case, the oscillation was due to the counteraction between mass flow and buoyancy force. The frequency domain analysis allowed a rapid visualization of the stability of the linearized system in a very simple manner, by means of developing stability maps. The influence of different factors, concerning physical process and modeling approaches, was analyzed by gradually increasing the complexity of the model. The analysis included the axial power profile along the core, the relative velocities between phases, the buoyancy force due to sublooled density changes, the flashing effect, the core dynamic and the pressure feedback due to self-pressurization. The dynamic non-linear effects were studied in unstable conditions, by means of a time-domain approach. The main non-linear sources were identified: the riser limits, and the existence of multiple boiling boundary positions. The effect of core dynamic and pressure feedback in the limit-cycle was analyzed for the growing oscillations: the oscillations always remained around 1% in nominal conditions. The self-pressurization behavior was studied during a partial reduction in the Steam Generators removal power, using the developed model and RELAP code, with two alternatives for the steam dome nodalization. Good agreement between the models was observed. A parametric study was performed in order to analyze the dependence of pressure evolution with different boiling and condensation processes, special attention was paid to the dome zone
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Convección natural; Reactores integrados; Auto-presurización; Códigos numéricos; Perturbaciones; Dinámica; Flashing; Natural circulation; Stability analysis; Integral reactors; Self-pressurization; Computer Codes; Disturbances; Reactor dynamic; |
| Materias: | Ingeniería nuclear |
| Divisiones: | Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Seguridad nuclear Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Termohidráulica |
| Código ID: | 40 |
| Depositado Por: | Administrador RICABIB |
| Depositado En: | 27 Abr 2010 12:10 |
| Última Modificación: | 17 May 2010 16:06 |
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